已知函数f(x)= 1 3 x 3 +ax 2 -bx+1(x∈R,a,b为实数)有极值,且在x=1处的切线与直线x-y

1个回答

  • (Ⅰ)∵f′(x)=x 2+2ax-b,∴f′(1)=1+2a-b,

    又因为函数在x=1处的切线与直线x-y+1=0平行,所以在x=1处的切线的斜率等于1,∴f′(1)=1∴b=2a①

    ∵f(x)有极值,故方程f′(x)=x 2+2ax-b=0有两个不等实根∴△=4a 2+4b>0∴a 2+b>0②

    由①.②可得,a 2+2a>0∴a<-2或a>0

    故实数a的取值范围是a∈(-∞,-2)∪(0,+∞)

    ((Ⅱ)存在a=-

    8

    3 …(5分)

    由(1)可知f′(x)=x 2+2ax-b,令f′(x)=0∴x 1=-a-

    a 2 +2a ,x 2=-a+

    a 2 +2a

    ∴f(x) 极小=f(x 2)=

    1

    3 x23+ax 2 2-2ax 2+1=1,

    ∴x 2=0或x 2 2+3ax 2-6a=0

    若x 2=0,则-a+

    a 2 +2a =0,则a=0(舍),

    若x 2 2+3ax 2-6a=0,又f′(x 2)=0,∴x 2 2+2ax 2-2a=0,

    ∴ax 2-4a=0

    ∵a≠0∴x 2=4

    ∴-a+

    a 2 +2a =4,

    ∴a=-

    8

    3 <2∴存在实数a=-

    8

    3 ,使得函数f(x)的极小值为1.

    (Ⅲ)由g(x)=

    f ′ (x)-2ax+b-1

    x -2lnx=

    x 2 +2ax-b-2ax+b-1

    x -2lnx=x-

    1

    x -2lnx

    故g′(x)=1+

    1

    x 2 -

    2

    x =

    x 2 -2x+1

    x 2 =

    (x-1) 2

    x 2 >0,

    则g(x)在(1,+∞)上是增函数,故g(x)>g(1)=0,

    所以,g(x)在(1,+∞)上恒为正.

    当n是正整数时,

    n+1

    n >1,设x=

    n+1

    n ,则

    g(

    n+1

    n )=

    n+1

    n -

    n

    n+1 -2ln

    n+1

    n

    =1+

    1

    n -1+

    1

    n+1 -2[ln(n+1)-lnn]

    =

    1

    n +

    1

    n+1 -2[ln(n+1)-lnn]>0,

    1

    n +

    1

    n+1 >2[ln(n+1)-lnn]

    上式分别取n的值为1、2、3、…、n-1(n>1)累加得:

    1

    1 +

    1

    2 )+(

    1

    2 +

    1

    3 )+(

    1

    3 +

    1

    4 )+…+

    1

    n-1 +

    1

    n

    >2[ln2-ln1+ln3-ln2+ln4-ln3+…lnn-ln(n-1)]

    ∴1+2(

    1

    2 +

    1

    3 +

    1

    4 +…

    1

    n-1 ) +

    1

    n >2lnn

    2(1+

    1

    2 +

    1

    3 +

    1

    4 +…

    1

    n-1 +

    1

    n )>2lnn+1+

    1

    n

    ∴1+

    1

    2 +

    1

    3 +

    1

    4 +…

    1

    n-1 +

    1

    n )>lnn+

    1

    2 (1+

    1

    n )

    即lnn+

    1

    2 (1+

    1

    n )<

    n

    i-1

    1

    i ,(n>1)

    又当n=1时,lnn+

    1

    2 (1+

    1

    n )=

    n

    i-1

    1

    i ,

    故ln n+

    1

    2 (1+

    1

    n )≤

    n

    i-1

    1

    i ,当且仅当n=1时取等号.